KR20220095092A - Forest fire susceptibility mapping method and apparatus using artificial intelligence - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a forest fire susceptibility map generation method using artificial intelligence and an apparatus using the same. The forest fire susceptibility map generation method using artificial intelligence comprises the steps of: (a) building a spatial database, wherein the spatial database includes forest fire data and forest fire-related factors; (b) analyzing a spatial correlation by deriving a counter variogram, a Moran index value, and a frequency ratio (FR) for the forest fire-related factor based on the spatial database; (c) training a forest fire susceptibility inference model by differently reflecting weights for the forest fire-related factor using the spatial database based on the results of the spatial correlation analysis; and (d) generating a forest fire susceptibility map for a target region by applying data on the target region to the trained forest fire susceptibility inference model. The present invention can increase network learning and inference accuracy of the inference model.

Description

인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법 및 그 장치{Forest fire susceptibility mapping method and apparatus using artificial intelligence}Forest fire susceptibility mapping method and apparatus using artificial intelligence

본 발명은 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for generating a map of forest fire vulnerability using artificial intelligence.

산림은 긍정적인 상태적, 경제적, 사회적 효과를 갖는 중요한 천연 자원 중 하나이다. 최근 몇 년 동안 인구 증가와 산업 발전으로 인해 식량과 재료를 공급하기 위해 천연 자원, 특히 산림의 사용이 증가하고 있으며, 다양한 인적 및 자연적 요인으로 인해 산불 발생 위험이 증가하고 있다. Forests are one of the important natural resources with positive status, economic and social effects. In recent years, population growth and industrial development have increased the use of natural resources, especially forests, to provide food and materials, and various human and natural factors have increased the risk of forest fires.

농지 사용/피복을 증가시키기 위해 매년 세계 산림 지역의 1,600만 헥타르가 파괴되고 있으며, 이는 글로벌 문제 중 하나이다. 농업 및 도시 활동 다음으로 산불은 생태계 파괴의 주원인이다. 16 million hectares of the world's forest area are destroyed each year to increase agricultural land use/coverage, which is a global problem. After agriculture and urban activities, forest fires are the leading cause of ecosystem destruction.

숲속에서의 캠핑, 산림을 농경지로 전환하기 위한 고의적 산불, 불 켜짐, 가뭄 등과 같은 다양한 요인에 의해 산불이 발생하고 있다. 따라서, 산불 위험 지도 작성 및 취약 지역을 식별하기 위한 연구가 필요하다. Forest fires are caused by various factors such as camping in the forest, intentional forest fires to convert forests to agricultural land, lighting of fires, and drought. Therefore, there is a need for forest fire risk mapping and research to identify vulnerable areas.

본 발명은 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a method and apparatus for generating a map of forest fire vulnerability using artificial intelligence.

또한, 본 발명은 복수의 추론 모델을 통해 산불 취약성 지도를 생성하여 지리 정보와 연동하여 사용자에게 제공할 수 있는 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for generating a forest fire vulnerability map using artificial intelligence that can be provided to a user in conjunction with geographic information by generating a forest fire vulnerability map through a plurality of inference models.

또한, 본 발명은 산불 관련 인자들을 이용한 공간 상관관계 분석 결과를 이용하여 추론 모델 학습시 가중치로 반영하여 추론 모델의 네트워크 학습 및 추론 정확도를 높일 수 있는 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention provides a method and apparatus for generating a forest fire vulnerability map using artificial intelligence that can increase network learning and inference accuracy of an inference model by reflecting the result of spatial correlation analysis using forest fire-related factors as a weight when learning an inference model is to provide

본 발명의 일 측면에 따르면, 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법이 제공된다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method for generating a map of forest fire vulnerability using artificial intelligence.

본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 공간 데이터베이스를 구축하는 단계-상기 공간 데이터베이스는 산불 데이터와 산불 관련 인자를 포함함; (b) 상기 공간 데이터베이스를 기초로 상기 산불 관련 인자에 대한 반변이도값, Moran's I 지수값 및 빈도비(FR)를 각각 도출하여 공간적 상관 관계를 분석하는 단계; (c) 상기 공간적 상관 관계 분석 결과를 기초로 상기 공간 데이터베이스를 이용하여 상기 산불 관련 인자에 대한 가중치를 상이하게 반영하여 산불 취약성 추론 모델을 학습시키는 단계; 및 (d) 타겟 지역에 대한 데이터를 상기 학습된 산불 취약성 추론 모델에 적용하여 상기 타겟 지역에 대한 산불 취약성 지도를 생성하는 단계를 포함하는 산불 취약성 지도 생성 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, (a) constructing a spatial database, the spatial database includes forest fire data and forest fire-related factors; (b) analyzing the spatial correlation by deriving a half-variability value, a Moran's I index value, and a frequency ratio (FR) for the forest fire-related factors, respectively, based on the spatial database; (c) learning a forest fire vulnerability inference model by using the spatial database based on the spatial correlation analysis result to reflect different weights for the forest fire-related factors; and (d) generating a forest fire vulnerability map for the target area by applying data on the target area to the learned forest fire vulnerability inference model may be provided.

상기 추론 모델은 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델이되, 유전자 알고리즘(GA: genetic algorithm)과 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘(SA: simulated annealing algorithm)을 이용하여 학습되되, 상기 공간 데이터베이스 중 일부 트레이닝 데이터를 기반으로 상기 유전자 알고리즘으로 상기 적응형 뉴로-퍼지 추론 모델이 초기 학습되되, 상기 유전자 알고리즘의 종료 조건 도달시 상기 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘이 활성화되어 상기 적응형 뉴로-퍼지 추론 모델이 추가적으로 학습될 수 있다. The inference model is an adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model, which is trained using a genetic algorithm (GA) and a simulated annealing algorithm (SA), and some training data in the spatial database The adaptive neuro-fuzzy inference model is initially trained with the genetic algorithm based on .

상기 산불 관련 인자는 산불 발생 연도, 산불방사열에너지((FRP: fire radiative power), 고도, 경사각 및 경사면, 도로까지의 거리, 토지 이용, 주거지까지의 거리, 강우량, 온도, 바람 속도, 바람 방향 및 토양 타입 중 적어도 복수이다. The forest fire-related factors include the year of the fire, fire radiative power (FRP), altitude, inclination angle and slope, distance to road, land use, distance to residence, rainfall, temperature, wind speed, wind direction and At least a plurality of soil types.

상기 추론 모델은 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델이되, 경험적 경쟁 알고리즘(ICA: imperialist competitive algorithm)을 이용하여 학습될 수 있다. The inference model is a radial basis function-based ensemble model, but may be learned using an empirical competitive algorithm (ICA).

상기 산불 관련 인자는 연속 데이터 범주와 이산 데이터 범주로 구분되되, 상기 연속 데이터 범주와 상기 이산 데이터 범주는 서로 상이한 방법으로 가중치가 할당되되, 상기 이산 데이터 범주는 상기 빈도비를 이용하여 가중치가 할당되며, 상기 연속 데이터 범주는 해당하는 범주의 중간으로 할당된 후 상기 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델을 사용하여 상기 연속 데이터 범주에 해당하는 산불 관련 인자의 모든 값에 대한 가중치가 계산될 수 있다. The wildfire-related factors are divided into a continuous data category and a discrete data category, the continuous data category and the discrete data category are assigned weights in different ways, and the discrete data category is weighted using the frequency ratio, , after the continuous data category is assigned to the middle of the corresponding category, weights for all values of forest fire-related factors corresponding to the continuous data category may be calculated using the radial basis function-based ensemble model.

상기 산불 취약성 지도는 지리 정보(GIS)와 연동되어 사용자 단말을 통해 출력될 수 있다. The forest fire vulnerability map may be output through a user terminal in conjunction with geographic information (GIS).

본 발명의 다른 측면에 따르면, 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, an apparatus for generating a map of forest fire vulnerability using artificial intelligence is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공간 데이터베이스를 구축하는 데이터 구성부-상기 공간 데이터베이스는 산불 데이터와 산불 관련 인자를 포함함; 상기 공간 데이터베이스를 기초로 상기 산불 관련 인자에 대한 반변이도값, Moran's I 지수값 및 빈도비(FR)를 각각 도출하여 공간적 상관 관계를 분석하는 공간 상관관계 분석부; 상기 공간적 상관 관계 분석 결과를 기초로 상기 공간 데이터베이스를 이용하여 상기 산불 관련 인자에 대한 가중치를 상이하게 반영하여 산불 취약성 추론 모델을 학습시키는 학습부; 및 타겟 지역에 대한 데이터를 상기 학습된 산불 취약성 추론 모델에 적용하여 상기 타겟 지역에 대한 산불 취약성 지도를 생성하는 취약성 지도 생성부를 포함하는 산불 취약성 지도 생성 장치가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a data configuration unit for constructing a spatial database - the spatial database includes forest fire data and forest fire-related factors; a spatial correlation analysis unit for analyzing spatial correlations by deriving a half-variability value, a Moran's I index value, and a frequency ratio (FR) for the forest fire-related factors, respectively, based on the spatial database; a learning unit configured to learn a forest fire vulnerability inference model by using the spatial database based on the spatial correlation analysis result to reflect different weights for the forest fire-related factors; and a vulnerability map generator configured to generate a forest fire vulnerability map for the target area by applying data on the target area to the learned forest fire vulnerability inference model.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 복수의 추론 모델을 통해 산불 취약성 지도를 생성하여 지리 정보와 연동하여 사용자에게 제공할 수 있다. By providing a method and apparatus for generating a forest fire vulnerability map using artificial intelligence according to an embodiment of the present invention, a forest fire vulnerability map can be generated through a plurality of inference models and provided to a user in conjunction with geographic information.

또한, 본 발명은 산불 관련 인자들을 이용한 공간 상관관계 분석 결과를 이용하여 추론 모델 학습시 가중치로 반영하여 추론 모델의 네트워크 학습 및 추론 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다. In addition, the present invention has an advantage in that it is possible to increase the network learning and inference accuracy of the inference model by reflecting the result of spatial correlation analysis using the forest fire-related factors as a weight when learning the inference model.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 취약성 지도 생성 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 지역의 산불 발생 위치를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 관련 인자를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 발생 연도 및 산불방사열에너지의 공간 상관관계 분석 결과를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 관련 인자의 공간 상관관계 분석 결과를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Moran's I 지수 분석 결과를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 핫스팟 분석 결과를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 관련 인자의 빈도비(FR) 분석 결과를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 GA 알고리즘과 SA 알고리즘을 결합한 결합 알고리즘의 목적 함수 수렴 결과를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델에 대한 성능 결과를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델을 통해 생성된 산불 취약성 지도를 예시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 모델의 산불 관련 인자에 대한 적합도 결과를 예시한 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 모델을 통해 생성된 산불 취약성 지도를 예시한 도면.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 위치에 대한 산불 취약성 지도를 지리 정보(GIS)에 매핑하여 표시된 사용자 단말 표출 화면을 예시한 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 ROC 커브 결과를 예시한 도면.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 취약성 지도 생성 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
1 is a flowchart illustrating a method for generating a forest fire vulnerability map according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a location of a wildfire in a target area according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a forest fire-related factor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram illustrating a result of spatial correlation analysis of the year of wildfire and wildfire radiated heat energy according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a result of spatial correlation analysis of forest fire-related factors according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a view showing a Moran's I index analysis results according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a forest fire hot spot analysis result according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a frequency ratio (FR) analysis results of forest fire-related factors according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an objective function convergence result of a combining algorithm combining a GA algorithm and an SA algorithm according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating performance results for an adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a forest fire vulnerability map generated through an adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a fitness result of an ensemble model for forest fire-related factors according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a forest fire vulnerability map generated through an ensemble model according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a user terminal display screen displayed by mapping a forest fire vulnerability map for a target location to geographic information (GIS) according to an embodiment of the present invention.
15 is a diagram illustrating an ROC curve result according to an embodiment of the present invention.
16 is a block diagram schematically illustrating an internal configuration of an apparatus for generating a map of forest fire vulnerability according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 취약성 지도 생성 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 지역의 산불 발생 위치를 예시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 관련 인자를 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 발생 연도 및 산불방사열에너지의 공간 상관관계 분석 결과를 예시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 관련 인자의 공간 상관관계 분석 결과를 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Moran's I 지수 분석 결과를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 핫스팟 분석 결과를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 관련 인자의 빈도비(FR) 분석 결과를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 GA 알고리즘과 SA 알고리즘을 결합한 결합 알고리즘의 목적 함수 수렴 결과를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델에 대한 성능 결과를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델을 통해 생성된 산불 취약성 지도를 예시한 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 모델의 산불 관련 인자에 대한 적합도 결과를 예시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 앙상블 모델을 통해 생성된 산불 취약성 지도를 예시한 도면이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 위치에 대한 산불 취약성 지도를 지리 정보(GIS)에 매핑하여 표시된 사용자 단말 표출 화면을 예시한 도면이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 ROC 커브 결과를 예시한 도면이다. 단계 110에서 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 공간 데이터베이스를 구성한다. 1 is a flowchart illustrating a method for generating a forest fire vulnerability map according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating the location of a wildfire occurrence in a target area according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of the present invention It is a diagram illustrating a forest fire-related factor according to an embodiment, and FIG. 4 is a diagram illustrating a result of spatial correlation analysis of the wildfire occurrence year and wildfire radiant heat energy according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram of the present invention It is a diagram illustrating a result of spatial correlation analysis of forest fire-related factors according to an embodiment, FIG. 6 is a diagram illustrating a Moran's I index analysis result according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an embodiment of the present invention It is a view showing the analysis result of a forest fire hotspot according to an example, and FIG. 8 is a diagram showing the analysis result of a frequency ratio (FR) of a forest fire-related factor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an embodiment of the present invention It is a view showing the result of objective function convergence of the combining algorithm combining the GA algorithm and the SA algorithm according to , FIG. 11 is a diagram illustrating a forest fire vulnerability map generated through an adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a forest fire of an ensemble model according to an embodiment of the present invention. It is a diagram illustrating a fitness result for a related factor, and FIG. 13 is a diagram illustrating a forest fire vulnerability map generated through an ensemble model according to an embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a target according to an embodiment of the present invention. It is a diagram illustrating a user terminal display screen displayed by mapping a map of forest fire vulnerability for a location to geographic information (GIS), and FIG. 15 is a diagram illustrating an ROC curve result according to an embodiment of the present invention. In step 110, the apparatus 100 for generating a map of forest fire vulnerability configures a spatial database.

여기서, 공간 데이터베이스는 산불 데이터와 산불 관련 인자를 포함할 수 있다. Here, the spatial database may include forest fire data and forest fire-related factors.

이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. This will be described in more detail.

산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 위성 이미지를 이용하여 산불 발생 위치가 선정되며, 해당 산불 발생 위치에 대한 측량 데이터들이 획득될 수 있다. The forest fire vulnerability map generating apparatus 100 may select a forest fire occurrence location using a satellite image, and may acquire survey data for the forest fire occurrence location.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 2013년부터 2018년까지 Chaharmahal 및 Bakhtiari 천연자원국, MODIS 핫스팟 제품(http://earthdata.nasa.gov/firms) 위성 이미지 및 측량 데이터를 이용하여 산불 데이터를 수집할 수 있다. 즉, 1km 버퍼로 대상 지역에서 약 262개의 산불 데이터가 수집되었다. For example, in one embodiment of the present invention, forest fire data using satellite imagery and survey data from the Chaharmahal and Bakhtiari Departments of Natural Resources, MODIS hotspot products (http://earthdata.nasa.gov/firms) from 2013 to 2018 in one embodiment of the present invention can be collected. That is, about 262 wildfire data were collected in the target area with a 1km buffer.

이와 같이 수집된 산불 위치 관련 데이터들은 7:3 비율로 추론 모델의 트레이닝과 검증을 위해 랜덤하게 분류되었다. The forest fire location-related data collected in this way was randomly classified for training and validation of the inference model at a ratio of 7:3.

산불 관련 인자는 산불에 영향을 미치는 지형적 요인, 사회 경제적 요인 및 기후 요인을 구려하여 구축될 수 있다. 이하에서는 이에 대해 간략하게 설명하기로 한다. Forest fire-related factors can be constructed by considering topographical factors, socioeconomic factors, and climatic factors that influence wildfires. Hereinafter, this will be briefly described.

1. 지형적 요인1. Geographical factors

산불 발생에 영향을 미치는 지형적 변수는 는 고도, 경사각 및 경사면일 수 있다. 지형적 특징과 바람의 방향 또한 해당 지역의 산불 발생 가능성에 영향을 미칠 수 있다. Topographical variables that affect the occurrence of wildfires can be elevation, inclination angle, and slope. Topographical features and wind direction can also affect the likelihood of a wildfire in an area.

본 발명의 일 실시예에서는 STER 위성 이미지에서 30m의 공간 해상도로 디지털 고도 모델(DEM)을 준비하고, ArcGIS10.3 소프트웨어를 통해 고도, 경사각 및 경사면의 맵을 추출하였다. In an embodiment of the present invention, a digital elevation model (DEM) was prepared with a spatial resolution of 30 m from the STER satellite image, and maps of elevation, inclination angle and slope were extracted through ArcGIS10.3 software.

고도 변화는 온도와 식생에 영향을 미치며, 고도가 높은 지역은 온도가 낮고 습도가 높기 때문에 산불 발생 가능성은 높은 고도와 반비례하는 것을 알 수 있다(도 3의 (a))Altitude change affects temperature and vegetation, and it can be seen that the possibility of wildfire occurrence is inversely proportional to the high altitude because the high-altitude area has low temperature and high humidity (Fig. 3 (a))

또한, 경사각은 산불의 방향과 범위에 영향을 미친다. 일반적으로 손상 정도는 가파른 경사면에서 더 높다(도 3의 (b)). Inclination angle also affects the direction and extent of wildfires. In general, the degree of damage is higher on steep slopes (Fig. 3(b)).

경사면은 해당 지역의 식물 건조와 관련된 햇빛과 열의 양에 영향을 받는다. 남쪽과 동쪽 방향은 햇빛 노출 비율이 상대적으로 높으며 이로 인해 산불에 더 취약하다(도 3의 (c))The slope is affected by the amount of sunlight and heat associated with drying the vegetation in the area. The south and east directions have a relatively high rate of sunlight exposure, which makes them more vulnerable to wildfire (Fig. 3 (c)).

2. 사회경제적 요인2. Socioeconomic factors

최근 수십 년 동안 인구가 증가함에 따라 공급, 연료 및 농업을 위해 산림 지역이 훼손되고 있으며, 일부 관광객에 의한 산불 발생도 증가하고 있는 추세이다. As the population has increased in recent decades, forest areas are being damaged for supply, fuel and agriculture, and forest fires caused by some tourists are also on the rise.

본 발명의 일 실시예에서는 도로까지의 거리, 토지 이용, 주거지까지의 거리라는 세가지 요인을 사회경제적 요인으로 설정하였다. In one embodiment of the present invention, three factors, namely the distance to the road, land use, and the distance to the residence, were set as socioeconomic factors.

일반적으로 도로 근처에서 산불이 발생할 가능성이 더 높다. 따라서, 1:100,000 지형도를 사용하여 대상 지역의 도로 지도를 작성하고, 지정된 간격으로 도로에 대한 버퍼를 정의했다(도 3의 (f)) 참조)In general, wildfires are more likely to occur near roads. Therefore, a road map of the target area was created using a 1:100,000 topographic map, and buffers for roads were defined at specified intervals (see Fig. 3(f)))

산불에 영향을 미치는 다른 영향 요인은 정착지(농촌 및 유목민 정착지)와의 근접성이다. 농민들은 산림과 토지에 의존하여 필요를 충족하기 때문에 고의 및 의도하지 않은 산불을 일으킬 수 있다. Another influencing factor affecting wildfires is proximity to settlements (rural and nomadic settlements). Because farmers depend on forests and land to meet their needs, they can cause both deliberate and unintentional wildfires.

정착지도로부터의 거리는 1:100,000 지형도를 사용하여 작성되었다(도 3의 (g)). 2013년과 2018년 Landsat-7 이미지는 토지 이용 및 주거 지도를 작성하는 데 사용되었다. The distance from the settlement map was created using a 1:100,000 topographic map (Fig. 3(g)). Landsat-7 images from 2013 and 2018 were used to map land use and residence.

본 발명의 일 실시예에서는 GPS (Global Positioning System)로 수집된 400개의 타겟 포인트(훈련 포인트)를 사용하여 토지 이용 및 주거 지도를 작성했으며, 이중 70%는 훈련에 사용하고 나머지 30%는 정확도를 평가하는데 사용되었다. In an embodiment of the present invention, a land use and residential map was created using 400 target points (training points) collected by GPS (Global Positioning System), 70% of which was used for training, and the remaining 30% was used for accuracy. was used to evaluate

최대우도 알고리즘을 사용하여 91% 정확도로 토지 사용/커버 지도를 획득하고 숲, 농업, 목초지, 황야 및 도시 지역과 같이 5가지 분류로 구획하였다(도 3의 (d) 참조).A land use/cover map was obtained with 91% accuracy using the maximum likelihood algorithm and divided into five classifications such as forest, agriculture, pasture, wilderness, and urban area (see Fig. 3(d)).

3. 기후 요인3. Climate Factors

기후 조건은 산불에 직간접적으로 영향을 미치며 간접적으로 식생의 종류와 밀도에 영향을 미친다. 본 발명의 일 실시예에서는 2013년부터 2018년까지 차하르마할과 바흐티아리 주의 14개 기상관측소에서 강우량, 온도, 바람 속도 및 바람 방향에 대한 연평균 데이터를 획득했다. Climatic conditions directly or indirectly affect wildfires and indirectly affect the type and density of vegetation. In an embodiment of the present invention, annual average data on rainfall, temperature, wind speed and wind direction were obtained from 14 meteorological stations in Chaharmahal and Bahtiari provinces from 2013 to 2018.

획득된 기후 요인 관련 데이터를 Kriging 보간법을 사용하여 강우량 및 온도 지도로 작성하였다. The obtained climatic factor-related data were prepared as rainfall and temperature maps using the Kriging interpolation method.

또한, SAGA(Automated Geoscientific Analysis)-GIS 소프트웨어 시스템의 Windward 및 Leeward 지수를 사용하여 바람 효과 지도를 구성했다. 이들 지표의 입력은 DEM, 속도 및 바람의 방향이였다. 일반적으로 기온이 높고 강수량이 적은 지역이 산불 발생에 영향을 미친다(도 3의 (h) ~ (j) 참조). In addition, wind effect maps were constructed using Windward and Leeward indices of the Automated Geoscientific Analysis (SAGA)-GIS software system. Inputs for these indicators were DEM, speed and wind direction. In general, areas with high temperatures and low precipitation affect the occurrence of forest fires (refer to (h) ~ (j) of FIG. 3).

이외에도, 산불 발생 연도, 산불방사열에너지((FRP: fire radiative power) 및 토양 타입 등이 산불 관련 인자로서 구축될 수 있다. In addition, the year of the wildfire, the fire radiative power (FRP: fire radiative power), the soil type, and the like may be constructed as factors related to the forest fire.

단계 115에서 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 빈도 및 산불 주기를 계산한다. In operation 115 , the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map calculates a forest fire frequency and a forest fire period.

산불 빈도 및 산불 주기는 산불이 발생한 위치를 분석하기 위해 이용된다. 산불 빈도는 대상 지역 및 기간 내에서 산불이 발생한 횟수로 정의된다. Wildfire frequency and fire frequency are used to analyze the location of wildfires. Wildfire frequency is defined as the number of wildfires occurring within a target area and period.

산불 주기는 대상 지역 면적과 동일한 면적을 태우는데 필요한 시간으로 정의하기로 한다. A forest fire cycle is defined as the time required to burn an area equal to the area of the target area.

산불 발생시 전체 영역이 타지 않을 수도 있으며, 어떤 장소는 여러 번 타거나 전혀 타지 않을 수도 있다. In the event of a wildfire, the entire area may not burn, and some places may burn several times or not at all.

본 발명의 일 실시예에서는 산불 주기는 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the forest fire cycle may be calculated using Equation 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
는 전체 영역을 나타내고,
Figure pat00003
는 년 수를 나타내며,
Figure pat00004
는 전체 영역 화재 사이클(fire cycle=burned)을 나타낸다. here,
Figure pat00002
represents the entire area,
Figure pat00003
represents the number of years,
Figure pat00004
is the total area fire cycle (fire cycle=burned).

단계 120에서 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 관련 인자에 대한 반변이도값, Moran's I 지수 및 빈도비(FR)를 계산하여 공간적 상관 관계를 분석한다. In step 120, the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map calculates the half-variability value, the Moran's I index, and the frequency ratio (FR) for the wildfire-related factors to analyze the spatial correlation.

이에 대해 각각 설명하기로 한다. Each of these will be described.

이미 전술한 바와 같이, 산불 관련 인자는 산불 발생 연도, 산불방사열에너지((FRP: fire radiative power), 고도, 경사각 및 경사면, 도로까지의 거리, 토지 이용, 주거지까지의 거리, 강우량, 온도, 바람 속도, 바람 방향 및 토양 타입일 수 있다. As already mentioned above, forest fire-related factors include the year of the fire, fire radiative power (FRP), altitude, inclination angle and slope, distance to road, land use, distance to dwelling, rainfall, temperature, wind. It can be speed, wind direction and soil type.

산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 관련 인자들 중 일부에 대한 반변이도값을 각각 계산한다. The apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map calculates half-variance values for some of the forest fire-related factors, respectively.

이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 반변이도에 대해 간략하게 설명하기로 한다. For the convenience of understanding and explanation, the degree of half-variability will be briefly described.

반변이도는 일정한 거리에 있는 데이터들의 연관성을 나타내는 척도이다. 따라서, 거리가 가까우면 그 값들이 비슷하므로 작은 값을 가지며, 멀어질수록 값이 크게 나타나는 것이 일반적이다. Half-variability is a measure of the correlation between data at a constant distance. Therefore, when the distance is close, the values are similar, so it has a small value, and it is general that the value appears larger as the distance increases.

예를 들어, 관심 영역내에 있는 두개의 지점(

Figure pat00005
,
Figure pat00006
)에서 확률 과정(Z)에 의해 가정된 값들 사이에서의 연관성은 변이도 함수로 표현되며, 이에 대한 추정량은 수학식 2와 같이 계산될 수 있다. For example, two points within the region of interest (
Figure pat00005
,
Figure pat00006
), the association between the values assumed by the probabilistic process Z is expressed as a variability function, and an estimator for this can be calculated as in Equation (2).

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서,

Figure pat00008
는 실험적 반변이도의 값을 나타내며, 평균이 상수라는 가정에서 적률법을 이용한 불편추정량이다. here,
Figure pat00008
represents the value of the experimental half-variability, and is an unbiased estimator using the moment method under the assumption that the mean is constant.

또한,

Figure pat00009
Figure pat00010
는 두 지점(i)와 (i+h)의 로컬 변수를 나타낸다. In addition,
Figure pat00009
Wow
Figure pat00010
denotes the local variables of two points (i) and (i+h).

반변이도는 range, still, nugget에 의해 모델링된다. Half-variability is modeled by range, still, and nugget.

range는 변이도(variogram)이 고정된 지점에 도달하고 수평선에 접근하는 거리를 말하며, 데이터가 알려지지 않은 변수의 값을 추정하는데 사용할 수 있는 범위를 지정하며, 이 거리를 벗어나면 더 이상 공간 연속성이 없으며, 해당 샘플은 독립적으로 작동한다. range is the distance at which the variogram reaches a fixed point and approaches the horizon, and specifies the range over which data can be used to estimate the value of an unknown variable, beyond which there is no longer spatial continuity. , the corresponding sample works independently.

sill 매개변수는 변이도 범위 매개변수에서 도달하는 상수값이다. 이는 변이도를 계산하는데 사용된 전체 샘플 수의 분산과 같다. The sill parameter is a constant value reached in the variability range parameter. This is equal to the variance of the total number of samples used to calculate the variability.

좌표의 원점(h = 0)에서 variogram의 양은 무작위로 이상적으로는 0이어야 한다는 점을 제외하고는 가변 구조를 나타내는 nugget이라고 한다. A nugget representing a variable structure is called a nugget, except that at the origin of the coordinates (h = 0), the quantity of the variogram should be random and ideally zero.

산불 관련 인자들 중 일부에 대해 반변이도값이 도출되면, 반변이도값 도출에 이용되는 매개변수를 이용하여 공간 의존성(SD)이 계산될 수 있다. When half-variability values are derived for some of the forest fire-related factors, spatial dependence (SD) may be calculated using parameters used to derive half-variability values.

예를 들어, 공간 의존성(SD)는 수학식 3에서 보여지는 바와 같이, nugget과 부분 still 매개 변수를 이용하여 계산될 수 있다. For example, the spatial dependence (SD) can be calculated using the nugget and partial still parameters, as shown in Equation (3).

Figure pat00011
Figure pat00011

SD가 25% 미만이면 변수는 공간 의존성이 강하며, 25%와 75% 사이이면 변수는 중간 정도의 공간 의존성을 가지며, 75% 이상이면 변수의 공간 의존성이 약한 것을 의미한다. If SD is less than 25%, the variable has strong spatial dependence, between 25% and 75%, the variable has moderate spatial dependence, and if the SD is greater than 75%, the variable has weak spatial dependence.

산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 발생한 연도 및 산불방사열에너지(FRP: fire radiative power)를 매개변수로 하여 반변이도값을 계산한 결과는 표 1 및 도 4에 도시된 바와 같다. The forest fire vulnerability map generating apparatus 100 calculates the half-variability value using the year of the wildfire and fire radiative power (FRP) as parameters, as shown in Tables 1 and 4 .

[표 1][Table 1]

Figure pat00012
Figure pat00012

화재 연도의 nugget 매개변수 값은 FRP보다 작고, FRP의 rnage와 partial still의 두 매개변수는 더 높게 나타났다. The value of the nugget parameter of the fire year was smaller than that of FRP, and the two parameters of rnage and partial still of FRP were higher.

SD 지수 결과에 따르면, 화재 발생 연도는 FRP보다 공간 의존도가 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 산불 취약성 지도 작성시 산불 연도 데이터를 사용하는 것이 FRP보다 더 나은 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. According to the SD index results, it can be seen that the year of fire is more spatially dependent than FRP. Therefore, it can be seen that the use of wildfire year data in the preparation of forest fire vulnerability maps can achieve better results than FRP.

표 2 및 도 5에는 고도, 경사각 및 경사면, 도로까지의 거리, 토지 이용, 주거지까지의 거리, 강우량, 온도, 바람 속도, 바람 방향과 같은 산불 관련 인자에 대한 반변이도값과 공간 의존성(SD)를 계산한 결과가 도시되어 있다. Table 2 and Figure 5 show the semivariance values and spatial dependence (SD) of forest fire-related factors such as altitude, slope angle and slope, distance to road, land use, distance to dwelling, rainfall, temperature, wind speed, and wind direction. The result of calculating , is shown.

[표 2][Table 2]

Figure pat00013
Figure pat00013

표 2 및 도 5를 참조하면, 토양, 강우량, 정착지까지의 거리에 대해 nugget 매개변수의 값이 가장 낮았고, 경사면, 경사각, 바람 영향 변수는 nugget 매개변수의 값이 높았다. Referring to Table 2 and FIG. 5 , the values of the nugget parameters were the lowest for soil, rainfall, and distance to a settlement, and the values of the nugget parameters were high for slopes, inclination angles, and wind influence variables.

또한, range 매개 변수의 경우, 온도, 토지 이용/커버, 도로까지의 거리 변수가 높은 값을 가지며, 토양, 경사면 경사각 변수가 낮은 값을 가지는 것으로 나타났다. Also, in the case of range parameters, it was found that temperature, land use/cover, and distance to road variables had high values, and soil and slope inclination parameters had low values.

Sill 매개 변수의 경우, 도로까지의 거리, 온도 및 토지 이용/커버 변수가 높았으며, 고도, 토양 및 정착지까지의 거리 변수는 낮은 것으로 나타났다.For the sill parameters, distance to road, temperature, and land use/cover variables were high, and altitude, soil and distance to settlement variables were low.

또한, SD 지수 결과는 정착지까지의 거리, 토양 및 강수량 변수가 높았으며, 바람 영향, 경사각 및 경사면 변수에서 낮은 것으로 나타났다. In addition, SD index results showed that distance to settlement, soil and precipitation variables were high, and wind influence, inclination angle and slope variables were low.

상술한 바와 같이, 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 관련 인자들에 대한 반변이도값과 공간 의존성(SD)을 계산할 수 있다. As described above, the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map may calculate a semivariance value and spatial dependence (SD) of the wildfire-related factors.

또한, 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 관련 인자들 중 일부에 대한 Moran's I 지수를 각각 계산한다. Also, the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map calculates Moran's I indices for some of the forest fire-related factors, respectively.

Moran's I 지수는 데이터 간의 공간적 관계를 조사하는 데 필수적인 도구로 여겨지는 일반 및 지역 Moran's I 지표를 포함한다. Moran's I indices include general and regional Moran's I indicators, which are considered essential tools for examining spatial relationships between data.

일반 Moran's I 지수 지표의 값 범위는 -1에서 +1까지 다양하다. +1의 양은 가장 높은 양의 공간 상관도를 나타내고 -1의 양은 가장 높은 음의 공간 상관도를 나타내며 0은 값의 무작위 분포의 최대 정도를 나타낸다. The general Moran's I index indicators range in value from -1 to +1. A quantity of +1 indicates the highest positive spatial correlation, a quantity of -1 indicates the highest negative spatial correlation, and 0 indicates the maximum degree of random distribution of values.

일반 Moran's I 지수 지표는 데이터에 일반적인 공간 상관 관계가 있는지 여부를 보여준다. 지역 Moran's I 지수 지표는 어느 지점에서든 변수의 공간적 상관 정도를 나타낼 수 있다. 일반 Moran's I 및 로컬 Moran's I 지표는 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다. The generic Moran's I index indicator shows whether there is a general spatial correlation in the data. A regional Moran's I index indicator can indicate the degree of spatial correlation of a variable at any point. General Moran's I and local Moran's I indices can be calculated using Equations 4 and 5.

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

수학식 4 및 수학식 5에서 Z는 변수 z의 평균값을 나타내고,

Figure pat00016
는 I 위치의 변수값을 나타내고,
Figure pat00017
는 j위치의 변수값을 나타내며,
Figure pat00018
는 기술된 값의 평균을 나타내며,
Figure pat00019
는 위치 I의 값을 나타내고,
Figure pat00020
는 i와 j 사이의 공간적 공동 가중치(co-weight)를 나타내며, n은 분규(complication)의 총 수를 나타낸다. In Equations 4 and 5, Z represents the average value of the variable z,
Figure pat00016
represents the variable value at the I position,
Figure pat00017
represents the variable value at the j position,
Figure pat00018
represents the average of the stated values,
Figure pat00019
represents the value of position I,
Figure pat00020
denotes the spatial co-weight between i and j, and n denotes the total number of complications.

Moran's I 지수의 계산 결과는 표 3 및 도 6에 도시된 바와 같다. The calculation results of Moran's I index are shown in Table 3 and FIG. 6 .

화재 발생 연도와 FRP의 매개 변수에 대한 Moran's I index 값은 각각 0.830061과 0.904367이였으며, 화재 발생 연도와 FRP 변수가 군집 분포를 보이는 것을 알 수 있다. Moran's I index values for the year of fire and FRP parameters were 0.830061 and 0.904367, respectively, and it can be seen that the year of fire and FRP variables show a cluster distribution.

도출된 Moran's I 지수의 계산 결과를 이용하여 산불 핫스팟 지역을 클러스터링하여 분석한 결과는 도 7에 도시된 바와 같다. 산불 발생 연도와 FRP 인자에 대한 Moran's I 지수 분석 결과 산불 핫스팟이 북서쪽 부분에 있고 나머지 지역은 콜드 스팟이며 일시적인 스팟으로 분석되었다. The results of clustering and analyzing forest fire hotspot areas using the calculated Moran's I index are as shown in FIG. 7 . As a result of the analysis of the Moran's I index for the year of the wildfire and the FRP factor, it was analyzed that the wildfire hotspot was in the northwest part, and the rest of the area was a cold spot and a temporary spot.

또한, 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 관련 인자들 중 일부에 대한 빈도비(FR)를 도출한다. In addition, the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map derives a frequency ratio (FR) for some of the forest fire-related factors.

이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 FR 모델에 대해 간략하게 설명하기로 한다. For the convenience of understanding and explanation, the FR model will be briefly described.

산불과 산불 관련 인자의 관계는 산불이 발생 또는 산불이 발생하지 않은 지역과 산불 관련 인자로부터 추론된다. 이를 정량적으로 표현하기 위해 FR 모델이 사용된다. The relationship between wildfires and wildfire-related factors is inferred from the areas where wildfires occurred or did not occur and from the wildfire-related factors. To express this quantitatively, the FR model is used.

FR은 각 산불 관련 인자의 클래스별 산불 발생 면적 비율을 각 산불 관련 인자의 클래스가 전체 면적에서 차지하는 비율로 나눈 것이다. FR is the ratio of the forest fire occurrence area by class of each forest fire-related factor divided by the ratio of each forest fire-related factor class to the total area.

예를 들어, FR은 수학식 6을 이용하여 계산될 수 있다. For example, FR can be calculated using Equation (6).

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서,

Figure pat00022
는 해당 인자(x)의 i번째 클래스의 산불이 발생한 픽셀의 개수를 나타내고,
Figure pat00023
Figure pat00024
의 전체 픽셀 개수를 나타내며, m과 n은 카테고리의 개수와 기준의 전체 수를 나타낸다. here,
Figure pat00022
represents the number of pixels in the i-th class of the corresponding factor (x) where wildfires occurred,
Figure pat00023
Is
Figure pat00024
represents the total number of pixels, and m and n represent the number of categories and the total number of criteria.

즉, FR은 각 인자의 산불 발생 면적 비율을 각 인자가 차지하는 비율로 나는 것으로, FR의 값이 1보다 크면 산불과 산불 영향 인자간의 높은 상관관계를 나타내며, 1보다 낮으면 낮은 상관 관계를 나타낸다. In other words, FR is the ratio of each factor's proportion of forest fire occurrence area. If the value of FR is greater than 1, it indicates a high correlation between the forest fire and the factors affecting it, and if it is lower than 1, it indicates a low correlation.

10개의 산불 영향 인자를 각 클래스별로 나눈 후 FR값을 계산하였으며, 계산 결과는 도 8에 도시된 바와 같다. After dividing the 10 forest fire influencing factors for each class, the FR value was calculated, and the calculation result is shown in FIG. 8 .

도 8에서 보여지는 바와 같이, 산불 영향 인자와 산불 위치간의 공간적 관계에 대한 결과가 도시되어 있다. As shown in FIG. 8 , the results for the spatial relationship between forest fire influencing factors and forest fire locations are shown.

고도의 결과 가장 높은 FR값은 2.81로 2600m 이상의 고도 클래스와 관련이 있음을 알 수 있다. 또한, 기울기의 경우, 최대 FR값은 1.67로 15 ~ 20도 클래스와 관련이 있는 것으로 나타났다. 경사면의 경우, 가장 높은 FR값은 1.23으로 남서 방향 클래스인 것으로 나타났다. As a result of the altitude, the highest FR value was 2.81, indicating that it is related to the altitude class above 2600m. In addition, in the case of the slope, the maximum FR value was 1.67, which was found to be related to the 15 to 20 degree class. In the case of the slope, the highest FR value was 1.23, indicating that the class was in the southwest direction.

도로까지의 거리 인자의 경우 300 ~ 600m 클래스가 1.42로 FR값이 가장 높으며, 정착지(주거지)까지의 거리 인자의 경우 0 ~ 500m 클래스가 2.096으로 FR값이 가장 높게 나타났으며, 토양 타입 인자에서는 Entiso 그룹 클래스가 1.39로 FR값이 가장 높았다. For the distance factor to the road, the 300 ~ 600m class had the highest FR value of 1.42, and for the distance factor to the settlement (residential), the 0 ~ 500m class showed the highest FR value with 2.096, and in the soil type factor, Entiso group class had the highest FR value with 1.39.

또한, 강우량의 경우 750mm 클래스에서 5.96으로 FR값이 가장 높으며, 온도의 경우 8도 클래스가 4.06으로 FR값이 가장 높았으며, 바람 영향 인자의 경우 1.2 보다 큰 클래스에서 FR값이 2.21로 가장 높았으며, 토지 이용 인자의 경우 산림(forest) 클래스가 FR값이 1.8로 가장 높은 것으로 나타났다. Also, in the case of rainfall, the 750mm class had the highest FR value of 5.96, and in the case of temperature, the 8 degree class had the highest FR value of 4.06, and in the case of the wind influence factor, the FR value was the highest at 2.21 in the class larger than 1.2. , and for land use factors, the forest class had the highest FR value of 1.8.

단계 125에서 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 공간적 상관 관계 분석 결과를 기초로 산불 관련 인자에 대한 가중치를 상이하게 반영하여 공간 데이터베이스를 기초로 산불 취약성 추론 모델을 학습한다. In step 125, the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map learns a forest fire vulnerability inference model based on the spatial database by reflecting different weights for forest fire-related factors based on the spatial correlation analysis result.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 산불 취약성 추론 모델은 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델 및 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델 중 적어도 하나일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the forest fire vulnerability inference model may be at least one of an adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model and a radial basis function-based ensemble model.

ANFIS는 내림차순 기울기 및 최소 자승 기법과 함께 활용되었다. 최소 자승법은 매개변수를 최적화하는 데 효과적이며 선행 매개변수는 ANFIS 추론 모델의 모델링에서 매우 중요하다. 종래의 방법은 기울기 계산의 높은 복잡성과 출력에서 선행 매개변수의 비선형 존재로 인해 적절치 않다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델을 학습시킴에 있어, 유전자 알고리즘(GA: genetic algorithm)과 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘(SA: simulated annealing algorithm)를 결합하여 정확도를 높였다. ANFIS was utilized with descending gradient and least squares techniques. Least squares method is effective in optimizing parameters, and the antecedent parameters are very important in the modeling of ANFIS inference models. The conventional method is not suitable due to the high complexity of the gradient calculation and the nonlinear presence of the antecedent parameters in the output. Therefore, in one embodiment of the present invention, in training the adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model, the accuracy is improved by combining a genetic algorithm (GA) and a simulated annealing algorithm (SA). raised

GA 알고리즘은 진화론을 기반으로 하며, 최초이자 가장 유명한 메타휴리스틱 알고리즘 중 하나이다. GA 알고리즘의 기본은 각 답변 세트를 염색체라고 하는 이진 인코더로 변환하는 것이다. GA 알고리즘의 각 염색체는 검색 공간 위치와 문제에 대한 가능한 솔루션을 나타낸다. GA 알고리즘은 모집단이라고 하는 오리지날 무작위 대안 세트의 생성으로 시작된다. GA 알고리즘의 반복은 세대라고 하는 새로운 염색체 세트를 생성하며, 염색체의 양은 각 세대에 걸친 적합도 함수에 의해 결정된다. 번식 과정은 융합 및 돌연변이를 포함하는 유전 연산자가 염색체에 적용된다. 적합도 함수는 각 염색체를 평가하고 유전 연산자는 이를 선택하며, 최적의 염색체를 선택하여 문제에 대한 최적 솔루션을 다음 세대로 전달한다. The GA algorithm is based on the theory of evolution and is one of the first and most popular metaheuristic algorithms. The basis of the GA algorithm is to transform each set of answers into a binary encoder called a chromosome. Each chromosome in the GA algorithm represents a search space location and a possible solution to the problem. The GA algorithm begins with the generation of an original set of randomized alternatives called a population. Iterations of the GA algorithm produce new sets of chromosomes called generations, the amount of which is determined by a function of fitness over each generation. Reproductive processes include fusion and mutation in which genetic operators are applied to chromosomes. The fitness function evaluates each chromosome, the genetic operator selects it, and selects the optimal chromosome to pass the optimal solution to the problem to the next generation.

SA 알고리즘은 원래 솔루션으로 시작하여 반복 루프에서 인접 솔루션으로 이동한다. 이웃의 답이 원래의 답보다 나으면 SA 알고리즘은 그것을 원래의 답으로 설정하고 좋지 않으면 원래의 알고리즘은 원래의 답을 우도와 함께 받아들인다. 온도가 점차 낮아지면서 각 온도에서 여러 번 반복된다. 초기 단계는 더 나쁜 반응을 수용하기 위해 온도를 설정하고, 온도가 점진적으로 감소함에 따라 최종 단계에서 더 나쁜 솔루션을 수용할 가능성이 줄어들어 알고리즘이 좋은 솔루션으로 수렴된다. The SA algorithm starts with the original solution and moves to the adjacent solution in an iterative loop. If the neighbor's answer is better than the original answer, the SA algorithm sets it as the original answer, and if not, the original algorithm accepts the original answer along with the likelihood. This is repeated several times at each temperature as the temperature gradually decreases. The initial stage sets the temperature to accommodate the worse response, and as the temperature is gradually decreased, the probability of accepting the worse solution in the final stage decreases so that the algorithm converges to a good solution.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 GA 알고리즘과 SA 알고리즘을 결합한 결합 알고리즘을 이용하여 산불 취약성 추론 모델을 학습할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a forest fire vulnerability inference model can be learned using a combination algorithm that combines the GA algorithm and the SA algorithm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 산불 취약성 추론 모델의 초기 모델은 GA 알고리즘으로 구성 및 학습될 수 있다. GA 알고리즘의 종료 조건에 도달시 SA 알고리즘을 적용하여 산불 취약성 추론 모델이 학습될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the initial model of the forest fire vulnerability inference model may be configured and trained with a GA algorithm. When the termination condition of the GA algorithm is reached, the forest fire vulnerability inference model can be learned by applying the SA algorithm.

여기서, GA 알고리즘의 종료 조건은 5세대 동안 발견된 최상의 염색체가 변하지 않거나 GA 알고리즘의 종료 조건의 절반인 GA 알고리즘을 10회 반복하면 SA 알고리즘이 활성화되며 산불 취약성 추론 모델이 학습될 수 있다. Here, the termination condition of the GA algorithm is that the best chromosome found for 5 generations does not change, or if the GA algorithm, which is half the termination condition of the GA algorithm, is repeated 10 times, the SA algorithm is activated and the forest fire vulnerability inference model can be trained.

이를 위해 GA 알고리즘에 대한 최상의 솔루션이 SA 알고리즘에 대한 첫번째 솔루션으로 선택되어 나머지 계산이 수행될 수 있다.To this end, the best solution for the GA algorithm is selected as the first solution for the SA algorithm, and the remaining calculations can be performed.

GA 알고리즘과 SA 알고리즘의 동작은 다음과 같다. The operations of the GA algorithm and the SA algorithm are as follows.

1단계 - 원래의 염색체 집단이 선택된다. Step 1 - The original chromosome population is selected.

2단계 - 현재 세대는 돌연변이 및 통합 연산자를 사용하여 증가된다.Stage 2 - The current generation is incremented using mutation and union operators.

3단계―최상의 염색체가 5회의 연속 반복에서 발견되지 않거나 반복이 종료 조건의 절반인 10회 이상 반복된 경우 최상의 현재 염색체가 SA 알고리즘에 대한 입력으로 간주된다. Step 3—If the best chromosome is not found in 5 consecutive iterations, or if the iteration has been repeated more than 10 times, which is half of the termination condition, the best current chromosome is considered as input to the SA algorithm.

4단계 - SA 알고리즘을 사용하여 ANFIS를 트레이닝한다. Step 4 - Train the ANFIS using the SA algorithm.

GA 알고리즘과 SA 알고리즘을 결합한 결합 알고리즘에서 ANFIS를 훈련시키기 위한 목적함수는 수학식 7 및 수학식 8과 같다. The objective function for training the ANFIS in the combination algorithm combining the GA algorithm and the SA algorithm is as shown in Equations 7 and 8.

Figure pat00025
Figure pat00025

Figure pat00026
Figure pat00026

여기서, t는 타겟 데이터를 나타내고, y는 입력 데이터를 나타낸다. Here, t represents target data and y represents input data.

적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델의 GA 알고리즘 및 SA 알고리즘에서 사용된 파라미터는 표 5와 같으며, 결합 알고리즘에 의한 목적 함수의 수렴 결과는 도 9에 도시된 바와 같다. The parameters used in the GA algorithm and the SA algorithm of the adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model are shown in Table 5, and the convergence result of the objective function by the combination algorithm is shown in FIG. 9 .

[표 5][Table 5]

Figure pat00027
Figure pat00027

적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델에 대한 결합 알고리즘을 기반으로 훈련 데이터로 값이 1인 화재 위치와 값이 0인 비화재 위치를 무작위로 할당하였다. Based on the joint algorithm for the adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model, fire locations with a value of 1 and non-fire locations with a value of 0 were randomly assigned as training data.

훈련 데이터에 대한 결합 알고리즘의 RMSE, MSE 및 MAE 매개변수의 결과는 각각 0.2672, 0.0713 및 0.1735이고, 검증 데이터에 대한 결합 알고리즘의 RMSE, MSE 및 MAE 매개변수의 결과는 각각 0.4286, 0.1837 및 0.2963로 나타났다. The results of the RMSE, MSE, and MAE parameters of the joint algorithm on the training data were 0.2672, 0.0713, and 0.1735, respectively, and the results of the RMSE, MSE, and MAE parameters of the joint algorithm on the validation data were 0.4286, 0.1837, and 0.2963, respectively. .

결합 알고리즘의 목적 함수에 대한 수렴 결과는 도 9에 도시된 바와 같으며, 도 10은 학습 데이터와 테스트 데이터에 대한 결합 알고리즘의 성능을 나타낸다. The convergence result for the objective function of the combining algorithm is as shown in FIG. 9 , and FIG. 10 shows the performance of the combining algorithm on the training data and the test data.

결합 알고리즘으로 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델의 네트워크를 학습시킨 후 산불 취약성 지도를 생성하였다. 산불 취약성 지도는 매우 낮음, 낮음, 중간, 높음 및 매우 높은 위험 분류로 분할되는 것을 알 수 있다(도 11 참조). A forest fire vulnerability map was generated after training a network of an adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model with a combined algorithm. It can be seen that the forest fire vulnerability map is divided into very low, low, medium, high and very high risk classifications (see FIG. 11 ).

다른 예를 들어, 산불 취약성 추론 모델은 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델이며, 경험적 경쟁 알고리즘(ICA: imperialist competitive algorithm)을 이용하여 학습될 수 있다. As another example, the forest fire vulnerability inference model is a radial basis function-based ensemble model, and may be learned using an empirical competitive algorithm (ICA).

방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. A brief description of the radial basis function-based ensemble model is as follows.

방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델은 모델링 과정에서 시간이 많이 소요될 때 사용되는 스플라인 보간 방법이다. 신경망 기반 예측 방법과 달리 이 모델은 훨씬 낮은 계산과 높은 정확도로 함수 추정을 제공한다. 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델은 기준점을 적용하여 샘플의 새 위치에서 새 값을 추정할 수 있다. The radial basis function-based ensemble model is a spline interpolation method used when the modeling process takes a lot of time. Unlike neural network-based prediction methods, this model provides function estimation with much lower computation and higher accuracy. An ensemble model based on a radial basis function can estimate a new value at a new location in the sample by applying a reference point.

예를 들어, 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델은 데이터의 합을 기반으로 수학식 9와 같이 보간 함수를 계산할 수 있다. For example, the radial basis function-based ensemble model may calculate an interpolation function as shown in Equation 9 based on the sum of data.

Figure pat00028
Figure pat00028

여기서,

Figure pat00029
는 두 지점의 유클리드 거리를 나타내고,
Figure pat00030
는 가중치를 나타내고,
Figure pat00031
는 방사 기저 함수를 나타낸다. here,
Figure pat00029
represents the Euclidean distance between two points,
Figure pat00030
represents the weight,
Figure pat00031
is the radiative basis function.

본 발명의 일 실시예에 따르면 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델은 경험적 경쟁 알고리즘(ICA: imperialist competitive algorithm)을 이용하여 학습될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the radial basis function-based ensemble model may be trained using an empirical competitive algorithm (ICA).

우선, 본 발명은 산불 관련 인자를 연속 데이터 범주와 이산 데이터 범주로 분류한다. 예를 들어, 연속 데이터 범주는 경사각, 고도, 경사면, 온도, 바람의 영향, 강우량, 도로까지의 거리, 정착지까지의 거리 인자들이 포함되며, 이산 데이터 범주는 토양 및 토지 사용 인자들이 포함될 수 있다. First, the present invention classifies forest fire-related factors into a continuous data category and a discrete data category. For example, a continuous data category may include factors such as slope angle, elevation, slope, temperature, wind influence, rainfall, distance to road, and distance to a settlement, while a discrete data category may include soil and land use factors.

이와 같이 산불 관련 인자를 연속 데이터 범주와 이산 데이터 범주로 구분한 후 이산 데이터 범주의 경우 FR 모델의 가중치를 사용하여 학습하며, 연속 데이터 범주는 해당 인자의 중간값을 가중치로 할당한 후 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델을 사용하여 모든 값에 대한 가중치를 계산한다. In this way, after dividing forest fire-related factors into continuous data categories and discrete data categories, in the case of discrete data categories, learning is performed using the weights of the FR model, and the continuous data categories are radial basis functions after assigning the median of the factors as weights. Calculate the weights for all values using the underlying ensemble model.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델의 보간법은 각 산불 관련 인자의 각 클래스 중심을 트레이닝 데이터로 간조하구 트레이닝 데이터에 따라 목적 함수를 최적화하도록 학습될 수 있다. 전술한 바와 같이, 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델은 경험적 경쟁 알고리즘(ICA: imperialist competitive algorithm)을 이용하여 학습될 수 있으며, 목적 함수는 수학식 10과 같이 계산될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the interpolation method of the ensemble model based on the radial basis function may be learned to optimize the objective function according to the training data at low tide by using the center of each class of each forest fire-related factor as training data. As described above, the radial basis function-based ensemble model may be trained using an empirical competitive algorithm (ICA), and the objective function may be calculated as in Equation (10).

Figure pat00032
Figure pat00032

여기서, m,

Figure pat00033
Figure pat00034
는 커널 함수의 중간과 가중치의 편차 및 계수를 나타낸다. where m,
Figure pat00033
and
Figure pat00034
denotes the deviation and coefficient of the mean and weight of the kernel function.

도 12는 앙상블 모델을 사용하여 각 산불 관련 인자에 대한 최적의 적합도를 보여준다. 도 12를 기준으로 가로축은 각 산불 관련 인자의 값이고 세로축은 FR의 값이다. 12 shows the best fit for each wildfire-related factor using the ensemble model. 12 , the horizontal axis is the value of each forest fire-related factor, and the vertical axis is the FR value.

방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델의 학습에 이용된 경험적 경쟁 알고리즘(ICA: imperialist competitive algorithm)에 사용된 매개변수는 표 6과 같다. Table 6 shows the parameters used in the empirical competitive algorithm (ICA) used to train the radial basis function-based ensemble model.

Figure pat00035
Figure pat00035

학습된 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델에 의해 생성된 산불 취약성 지도는 도 13에 도시된 바와 같다.The forest fire vulnerability map generated by the learned radial basis function-based ensemble model is shown in FIG. 13 .

단계 130에서 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 타겟 지역에 대한 데이터를 상기 학습된 산불 취약성 추론 모델에 적용하여 상기 타겟 지역에 대한 산불 취약성 지도를 생성한다. 이때, 산불 취약성 지도는 도 13에 도시된 바와 같이, 지리 정보와 연동되어 사용자 단말로 제공될 수 있다. In step 130 , the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map generates a forest fire vulnerability map for the target area by applying data on the target area to the learned forest fire vulnerability inference model. At this time, as shown in FIG. 13 , the forest fire vulnerability map may be provided to the user terminal in conjunction with geographic information.

사용자 단말에 출력되는 산불 취약성 지도는 지리 정보(GIS)와 연동되어 사용자 위치 또는 사용자가 선택한 타겟 위치에 대한 산불 취약성 지도를 지리 정보(GIS)에 매핑하여 표시할 수 있다(도 14 참조). The wildfire vulnerability map output to the user terminal may be displayed by mapping the wildfire vulnerability map for the user location or the target location selected by the user to the geographic information (GIS) in conjunction with the geographic information (GIS) (see FIG. 14).

또한, 이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 산불 취약성 추론 모델을 통해 산불 취약성 지도를 생성함에 있어, GA 알고리즘과 SA 알고리즘이 결합된 결합 알고리즘에 의해 학습된 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델과 경험적 경쟁 알고리즘에 의해 학습된 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델 각각에 대해 산불 취약성 지도를 생성할 수 있다.In addition, as described above, the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map according to an embodiment of the present invention generates a forest fire vulnerability map through a forest fire vulnerability inference model. A forest fire vulnerability map can be generated for each of the adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model trained by the adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model and the radial basis function-based ensemble model trained by the empirical competition algorithm.

따라서, 학습된 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델과 학습된 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델 각각에 의해 생성된 산불 취약성 지도가 모두 표시되거나 사용자에 의해 어느 하나가 선택적으로 표시되도록 사용자 단말을 통해 인터페이스를 제공할 수도 있다. Therefore, the forest fire vulnerability map generated by each of the learned adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model and the trained radial basis function-based ensemble model is either displayed or any one is selectively displayed by the user interface through the user terminal. may also provide

본 발명의 일 실시예에서는 ROC 곡선을 이용하여 산불 취약성 지도(FFSM)을 평가하기 위해, 79개의 산불 발생위치(값이 1)와 79개의 임의의 지점(값이 0)이 사용되었다. 도 14 및 표 7은 ROC-AUC에 대한 결과를 보여준다. 결과에 따르면, 결합 알고리즘이 적용된 학습된 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델과 경험적 경쟁 알고리즘이 적용된 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델의 정확도는 각각 0.903과 0.878이다. In one embodiment of the present invention, 79 wildfire occurrence locations (value of 1) and 79 random points (value of 0) were used to evaluate the wildfire fragility map (FFSM) using the ROC curve. 14 and Table 7 show the results for ROC-AUC. According to the results, the accuracies of the trained adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model applied with the combining algorithm and the radial basis function-based ensemble model with the empirical competition algorithm are 0.903 and 0.878, respectively.

[표 7] [Table 7]

Figure pat00036
Figure pat00036

표 8은 결합 알고리즘이 적용된 학습된 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델의 RMSE 및 MAE 매개변수에 대한 결과를 보여준다. 그 결과 훈련 데이터와 테스트 데이터에 대한 RMSE와 MAE 매개변수 값은 각각 0.267, 0.173, 0.428, 0.296이였다. Table 8 shows the results for the RMSE and MAE parameters of the learned adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model to which the joint algorithm is applied. As a result, the RMSE and MAE parameter values for the training data and the test data were 0.267, 0.173, 0.428, and 0.296, respectively.

[표 8][Table 8]

Figure pat00037
Figure pat00037

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 취약성 지도 생성 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 16 is a block diagram schematically illustrating an internal configuration of an apparatus for generating a map of forest fire vulnerability according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 취약성 지도 생성 장치(100)는 통신부(1610), 데이터 구성부(1615), 공간 상황관계 분석부(1620), 학습부(1625), 산불 취약성 지도 생성부(1630), 메모리(1635) 및 프로세서(1640)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 16 , the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map according to an embodiment of the present invention includes a communication unit 1610 , a data configuration unit 1615 , a spatial context analysis unit 1620 , a learning unit 1625 , It is configured to include a forest fire vulnerability map generator 1630 , a memory 1635 , and a processor 1640 .

통신부(1610)는 통신망을 통해 다른 장치(예를 들어, 사용자 단말 등)과 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.The communication unit 1610 is a means for transmitting and receiving data with another device (eg, a user terminal, etc.) through a communication network.

데이터 구성부(1615)는 공간 데이터베이스를 구축하기 위한 수단이다. 이는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. The data configuration unit 1615 is a means for building a spatial database. Since this is the same as that described above, the overlapping description will be omitted.

공간 상황관계 분석부(1620)는 공간 데이터베이스를 기초로 산불 관련 인자에 대한 반변이도값, Moran's I 지수값 및 빈도비(FR)를 각각 도출하고, 이를 이용하여 공간적 상관관계를 분석하기 위한 수단이다. The spatial context analysis unit 1620 derives the half-variability value, the Moran's I index value, and the frequency ratio (FR) for the wildfire-related factors based on the spatial database, respectively, and uses them to analyze the spatial correlation. .

이는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Since this is the same as that described above, the overlapping description will be omitted.

학습부(1625)는 공간적 상관 관계 분석 결과를 기초로 공간 데이터베이스를 이용하여 상기 산불 관련 인자에 대한 가중치를 상이하게 반영하여 산불 취약성 추론 모델을 학습시키기 위한 수단이다. The learning unit 1625 is a means for learning the forest fire vulnerability inference model by differently reflecting the weights for the forest fire-related factors using a spatial database based on the spatial correlation analysis result.

산불 취약성 추론 모델은 이미 전술한 바와 같이, GA 알고리즘과 SA 알고리즘을 결합한 결합 알고리즘에 의해 학습되는 적응형 뉴로-퍼지(ANFIS) 추론 모델과 경험적 경쟁 알고리즘을 이용하여 학습되는 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델일 수 있다. As described above, the forest fire vulnerability inference model is an adaptive neuro-fuzzy (ANFIS) inference model trained by a combined algorithm that combines the GA algorithm and the SA algorithm, and a radial basis function-based ensemble model trained using an empirical competition algorithm. can

산불 취약성 추론 모델은 적응형 뉴로-퍼지 추론 모델과 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델 각각을 이용하여 타겟 지역에 대한 산불 취약성 지도를 각각 생성할 수 있다. The forest fire vulnerability inference model may generate a forest fire vulnerability map for a target area using each of the adaptive neuro-fuzzy inference model and the radial basis function-based ensemble model, respectively.

이는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Since this is the same as that described above, the overlapping description will be omitted.

메모리(135)는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 지능을 이용한 산불 취약성 지도 생성 방법을 수행하기 위한 명령어를 저장하기 위한 수단이다. The memory 135 is a means for storing instructions for performing the method for generating a forest fire vulnerability map using artificial intelligence according to an embodiment of the present invention.

프로세서(1640)는 본 발명의 일 실시예에 따른 산불 취약성 지도 생성 장치(100)의 내부 구성 요소들(예를 들어, 통신부(1610), 데이터 구성부(1615), 공간 상황관계 분석부(1620), 학습부(1625), 산불 취약성 지도 생성부(1630), 메모리(1635) 등)을 제어하기 위한 수단이다. The processor 1640 includes internal components (eg, a communication unit 1610 , a data structure unit 1615 , and a spatial context relationship analysis unit 1620 ) of the apparatus 100 for generating a forest fire vulnerability map according to an embodiment of the present invention. ), the learning unit 1625, the forest fire vulnerability map generation unit 1630, the memory 1635, etc.).

본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the computer readable medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - Includes magneto-optical media and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at focusing on the embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

100: 산불 취약성 지도 생성 장치
1610: 통신부
1615: 데이터 구성부
1620: 공간 상관관계 분석부
1625: 학습부
1630: 산불 취약성 지도 생성부
1635: 메모리
1640: 프로세서
100: Forest Fire Vulnerability Map Generator
1610: communication department
1615: data structure part
1620: spatial correlation analysis unit
1625: Study Department
1630: Forest Fire Vulnerability Map Generation Unit
1635: memory
1640: Processor

Claims (12)

(a) 공간 데이터베이스를 구축하는 단계-상기 공간 데이터베이스는 산불 데이터와 산불 관련 인자를 포함함;
(b) 상기 공간 데이터베이스를 기초로 상기 산불 관련 인자에 대한 반변이도값, Moran's I 지수값 및 빈도비(FR)를 각각 도출하여 공간적 상관 관계를 분석하는 단계;
(c) 상기 공간적 상관 관계 분석 결과를 기초로 상기 공간 데이터베이스를 이용하여 상기 산불 관련 인자에 대한 가중치를 상이하게 반영하여 산불 취약성 추론 모델을 학습시키는 단계; 및
(d) 타겟 지역에 대한 데이터를 상기 학습된 산불 취약성 추론 모델에 적용하여 상기 타겟 지역에 대한 산불 취약성 지도를 생성하는 단계를 포함하는 산불 취약성 지도 생성 방법.
(a) constructing a spatial database, the spatial database including wildfire data and wildfire-related factors;
(b) analyzing the spatial correlation by deriving a half-variability value, a Moran's I index value, and a frequency ratio (FR) for the forest fire-related factors, respectively, based on the spatial database;
(c) learning a forest fire vulnerability inference model by using the spatial database based on the spatial correlation analysis result to reflect different weights for the forest fire-related factors; and
(d) generating a forest fire vulnerability map for the target area by applying data on the target area to the learned forest fire vulnerability inference model;
제1 항에 있어서,
상기 추론 모델은 적응형 뉴런-퍼지(ANFIS) 추론 모델이되, 유전자 알고리즘(GA: genetic algorithm)과 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘(SA: simulated annealing algorithm)을 이용하여 학습되되,
상기 공간 데이터베이스 중 일부 트레이닝 데이터를 기반으로 상기 유전자 알고리즘으로 상기 적응형 뉴로-퍼지 추론 모델이 초기 학습되되, 상기 유전자 알고리즘의 종료 조건 도달시 상기 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘이 활성화되어 상기 적응형 뉴로-퍼지 추론 모델이 추가적으로 학습되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 방법.
According to claim 1,
The inference model is an adaptive neuron-fuzzy (ANFIS) inference model, which is learned using a genetic algorithm (GA) and a simulated annealing algorithm (SA),
The adaptive neuro-fuzzy inference model is initially trained with the genetic algorithm based on some training data in the spatial database, and when the termination condition of the genetic algorithm is reached, the simulated annealing algorithm is activated and the adaptive neuro-fuzzy reasoning A method of generating a forest fire vulnerability map, characterized in that the model is additionally trained.
제1 항에 있어서,
상기 산불 관련 인자는 산불 발생 연도, 산불방사열에너지((FRP: fire radiative power), 고도, 경사각 및 경사면, 도로까지의 거리, 토지 이용, 주거지까지의 거리, 강우량, 온도, 바람 속도, 바람 방향 및 토양 타입 중 적어도 복수인 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 방법.
According to claim 1,
The forest fire-related factors include: the year of the fire, fire radiative power (FRP), altitude, inclination angle and slope, distance to road, land use, distance to residence, rainfall, temperature, wind speed, wind direction and A method for generating a forest fire vulnerability map, characterized in that at least a plurality of soil types are present.
제1 항에 있어서,
상기 추론 모델은 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델이되, 경험적 경쟁 알고리즘(ICA: imperialist competitive algorithm)을 이용하여 학습되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 방법.
According to claim 1,
The inference model is a radial basis function-based ensemble model, a method for generating a forest fire vulnerability map, characterized in that it is learned using an empirical competitive algorithm (ICA: imperialist competitive algorithm).
제4 항에 있어서,
상기 산불 관련 인자는 연속 데이터 범주와 이산 데이터 범주로 구분되되,
상기 연속 데이터 범주와 상기 이산 데이터 범주는 서로 상이한 방법으로 가중치가 할당되되,
상기 이산 데이터 범주는 상기 빈도비를 이용하여 가중치가 할당되며, 상기 연속 데이터 범주는 해당하는 범주의 중간으로 할당된 후 상기 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델을 사용하여 상기 연속 데이터 범주에 해당하는 산불 관련 인자의 모든 값에 대한 가중치가 계산되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 방법.
5. The method of claim 4,
The wildfire-related factors are divided into a continuous data category and a discrete data category,
wherein the continuous data category and the discrete data category are weighted in different ways,
The discrete data category is assigned a weight using the frequency ratio, and the continuous data category is assigned to the middle of the corresponding category, and then a wildfire related factor corresponding to the continuous data category using the radial basis function-based ensemble model. A method of generating a forest fire vulnerability map, characterized in that weights for all values of are calculated.
제1 항에 있어서,
상기 산불 취약성 지도는 지리 정보(GIS)와 연동되어 사용자 단말을 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 방법.
According to claim 1,
The forest fire vulnerability map generating method, characterized in that it is output through a user terminal in conjunction with geographic information (GIS).
제1 항 내지 제6 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
A computer-readable recording medium recording a program code for performing the method according to any one of claims 1 to 6.
공간 데이터베이스를 구축하는 데이터 구성부-상기 공간 데이터베이스는 산불 데이터와 산불 관련 인자를 포함함;
상기 공간 데이터베이스를 기초로 상기 산불 관련 인자에 대한 반변이도값, Moran's I 지수값 및 빈도비(FR)를 각각 도출하여 공간적 상관 관계를 분석하는 공간 상관관계 분석부;
상기 공간적 상관 관계 분석 결과를 기초로 상기 공간 데이터베이스를 이용하여 상기 산불 관련 인자에 대한 가중치를 상이하게 반영하여 산불 취약성 추론 모델을 학습시키는 학습부; 및
타겟 지역에 대한 데이터를 상기 학습된 산불 취약성 추론 모델에 적용하여 상기 타겟 지역에 대한 산불 취약성 지도를 생성하는 취약성 지도 생성부를 포함하는 산불 취약성 지도 생성 장치.
a data configuration unit for constructing a spatial database, wherein the spatial database includes forest fire data and forest fire-related factors;
a spatial correlation analysis unit for analyzing spatial correlations by deriving a half-variability value, a Moran's I index value, and a frequency ratio (FR) for the forest fire-related factors, respectively, based on the spatial database;
a learning unit configured to learn a forest fire vulnerability inference model by using the spatial database based on the spatial correlation analysis result to reflect different weights for the forest fire-related factors; and
and a vulnerability map generator configured to generate a forest fire vulnerability map for the target area by applying data on the target area to the learned forest fire vulnerability inference model.
제8 항에 있어서,
상기 추론 모델은 적응형 뉴로-퍼지(ANFIS) 추론 모델이되, 유전자 알고리즘(GA: genetic algorithm)과 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘(SA: simulated annealing algorithm)을 이용하여 학습되되,
상기 공간 데이터베이스 중 일부 트레이닝 데이터를 기반으로 상기 유전자 알고리즘으로 상기 적응형 뉴로-퍼지 추론 모델이 초기 학습되되, 상기 유전자 알고리즘의 종료 조건 도달시 상기 시뮬레이트된 어닐링 알고리즘이 활성화되어 상기 적응형 뉴로-퍼지 추론 모델이 추가적으로 학습되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 장치.
9. The method of claim 8,
The inference model is an adaptive neuro-fuzzy (ANFIS) inference model, which is learned using a genetic algorithm (GA) and a simulated annealing algorithm (SA),
The adaptive neuro-fuzzy inference model is initially trained with the genetic algorithm based on some training data in the spatial database, and when the termination condition of the genetic algorithm is reached, the simulated annealing algorithm is activated and the adaptive neuro-fuzzy reasoning A device for generating a map of forest fire vulnerability, characterized in that the model is additionally trained.
제8 항에 있어서,
상기 추론 모델은 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델이되, 경험적 경쟁 알고리즘(ICA: imperialist competitive algorithm)을 이용하여 학습되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 장치.
9. The method of claim 8,
The inference model is a radial basis function-based ensemble model, but forest fire vulnerability map generating apparatus, characterized in that it is learned using an empirical competitive algorithm (ICA: imperialist competitive algorithm).
제10 항에 있어서,
상기 산불 관련 인자는 연속 데이터 범주와 이산 데이터 범주로 구분되되,
상기 연속 데이터 범주와 상기 이산 데이터 범주는 서로 상이한 방법으로 가중치가 할당되되,
상기 이산 데이터 범주는 상기 빈도비를 이용하여 가중치가 할당되며, 상기 연속 데이터 범주는 해당하는 범주의 중간으로 할당된 후 상기 방사형 기저 함수 기반 앙상블 모델을 사용하여 상기 연속 데이터 범주에 해당하는 산불 관련 인자의 모든 값에 대한 가중치가 계산되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 장치.
11. The method of claim 10,
The wildfire-related factors are divided into a continuous data category and a discrete data category,
wherein the continuous data category and the discrete data category are weighted in different ways,
The discrete data category is assigned a weight using the frequency ratio, and the continuous data category is assigned to the middle of the corresponding category, and then a wildfire related factor corresponding to the continuous data category using the radial basis function-based ensemble model. A device for generating a map of forest fire vulnerability, characterized in that weights for all values of are calculated.
제8 항에 있어서,
상기 산불 취약성 지도는 지리 정보(GIS)와 연동되어 사용자 단말을 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 산불 취약성 지도 생성 장치.

9. The method of claim 8,
The forest fire vulnerability map generating apparatus, characterized in that the map is output through a user terminal in conjunction with geographic information (GIS).

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